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1、第36卷第2期微电子学Vol.36,№22006年4月MicroelectronicsApr.2006运算放大器电路的噪声分析和设计何峥嵘(中国电子科技集团公司第二十四研究所,重庆400060)摘要:简要介绍了运算放大器电路包含的噪声类型。运用标准的电路理论和噪声模型,计算运算放大器电路的噪声。结合反相、同相和差分输入的运算放大器电路分析举例,讨论了推算运算放大器电路噪声的方法。最后,给设计人员提供了有关噪声设计的建议和方法。关键词:运算放大器;噪声;谱密度;均方值;总的均方根噪声+中图分类号:TN722.77文
2、献标识码:A文章编号:1004-3365(2006)02-0148-06NoiseAnalysisandDesignofOperationalAmplifierCircuitsHEZheng-rong(SichuanInstituteofSolid-StateCircuits,ChinaElectronicsTechnologyGroupCorporation,Chongqing400060,P.R.China)Abstract:Differentnoisetypesinoperationalamplifier(
3、op-amp)circuitsaredescribed.Standardcircuittheoryandnoisemodelsareusedtocalculatenoisesinop-ampcircuits.Withinverting,noninvertinganddifferentialop-ampcircuitsasexamples,methodstonoisecalculationsareillustrated.Finally,usefuladvicesandtechniquesfornoisedesign
4、areprovided.Keywords:Operationalamplifier;Spectraldensity;Averagemean-squarevalue;Totalroot-mean-squarenoiseEEACC:1220这种确定噪声源的参数等效总是与频率相结合的,1引言表明谱密度是表征噪声源的天然形式。所有导体内部都存在电荷波动,导致导体电压2运算放大器电路的噪声类型随机变化。导体内部的电荷处于一种热激发状态,以热力学观点看,导体里原子的热运动是平衡的。运算放大器电路中存在5种噪声源:这种现象表现
5、为不同导体的电压变化不同。虽然这●散粒噪声(ShotNoise)种波动在理论上或许是最适合的,但实际应用中并●热噪声(ThermalNoise)不需要它。通常,我们把这种波动称为噪声。●闪烁噪声(FlickerNoise)早期的噪声研究,把具体电路中这种电流和电●爆裂噪声(BurstNoise)压的自然波动比作布朗运动。1928年,J.B.John-●雪崩噪声(AvalancheNoise)son的研究证明,噪声对电子工程师设计精密放大爆裂噪声和雪崩噪声在运算放大器电路中通常器具有很大影响,一个电子线路灵敏度的极
6、限,必须没有太大影响,即使有,也能够消除,在噪声分析中设置在信噪比刚好要下降到可接受限度的临界点可以不予考虑。下面逐一介绍各种噪声源。上。2.1散粒噪声V/Hz和A/Hz是噪声谱密度,通常用来表散粒噪声总是与电流流动相联系的。无论何时征噪声参数。它的出现简单地说是噪声功率会随着电荷流过势垒(如pn结),导体不再处于热平衡状带宽的增加(每Hz)而增加,因此,噪声电压或噪声态,都会导致散粒噪声产生。流过势垒纯粹是随机电流会随着带宽平方根的增加(每Hz)而增加。事件,因此,大量随机、独立的电流脉冲的平均值iD收稿日期:
7、2005-11-25;定稿日期:2006-01-12第2期何峥嵘等:运算放大器电路的噪声分析和设计149就形成了瞬时电流i。散粒噪声通常定义为这个平余的电子-空穴对。这些碰撞纯粹是随机的,产生同均值变化量的均方值,记为:散粒噪声类似的随机的电流脉冲,但是要大得多。22in=(i-iD)=∫2qiDdf-19式中,q是电子电荷(1.62×10C),df是频率3运算放大器电路噪声分析模型2微分,qiD定义为电流功率密度,单位为A/Hz。散粒噪声是白噪声(某一频率范围内谱密度保3.1电阻的噪声模型持常数的噪声信号),它
8、的频谱是平坦的(作一条相电阻的噪声主要是热噪声。如2.2节所述,该对于频率的散粒噪声曲线时,噪声值始终恒定),即噪声可以等效为一个理想的无噪声电阻串连一个电功率密度是均匀的。此外,散粒噪声与温度无关。压源,或并联一个电流源作为它的噪声模型,如图12.2热噪声所示。热噪声是由于导体内部载流子(电子或空穴)的无规则热运动产生的。热噪声存在于所有无源电阻型材料中。热噪声也是白噪
